L’intimo amore di piante e batteri

Esiste un’intima relazione tra batteri e piante da fiore che dà origine a una simbiosi all’interno delle foglie in strutture specializzate. Il legame tra questi organismi è talmente stretto da essere stato considerato a lungo obbligato e ciclico: gli endosimbionti (così chiamati perché vivono all’interno dell’ospite, spesso a livello intracellulare) vengono trasmessi verticalmente (tra generazioni) e né ospite né parassita


Esiste un’intima relazione tra batteri e piante da fiore che dà origine a una simbiosi all’interno delle foglie in strutture specializzate. Il legame tra questi organismi è talmente stretto da essere stato considerato a lungo obbligato e ciclico: gli endosimbionti (così chiamati perché vivono all’interno dell’ospite, spesso a livello intracellulare) vengono trasmessi verticalmente (tra generazioni) e né ospite né parassita sembrano in grado di vivere autonomamente. Interazioni di questo tipo altamente specifiche si sono evolute indipendentemente molte volte, specialmente in insetti, spugne, nematodi e bivalvi delle profondità marine. L’obbligatorietà dell’interazione è dovuta al fatto che l’ospite guadagna nutrienti limitanti forniti dal simbionte, mentre quest’ultimo acquisisce composti carboniosi altamente energetici dall’ospite. Una simbiosi è per sempre!

Dal punto di vista evolutivo in queste situazioni si osserva una co-speciazione: si può infatti seguire nello stesso momento sull’albero filogenetico la separazione di una specie ospite seguita di pari passo da un’analoga evoluzione del corrispettivo endosimbionte. Il tutto è parecchio affascinante, non trovate? Ma ancor più intrigante è una recente ricerca condotta in Belgio secondo cui esiste un frequente trasferimento orizzontale di materiale genetico tra batteri a vita libera ed endosimbionti delle piante. Cosa significa? L’ipotesi precedente di un lungo cammino evolutivo comune viene semplicemente rigettata.

I ricercatori hanno scoperto anzitutto che la nodulazione ad opera dei batteri si sia evoluta almeno quattro volte indipendentemente nelle angiosperme (caratterizzate da un seme –σπερμα- avvolto e protetto –αγγειον- da un frutto, da cui il loro nome). Inoltre questa simbiosi risale al Miocene: 5-23 milioni di anni fa… l’altro ieri, in termini di evoluzione! Il periodo non è casuale: nel Miocene le condizioni di vita erano infatti pessime. Immaginatevi un clima arido e freddo, dovuto all’espansione dei ghiacci da Artico e Antartico e all’inaridimento di Asia e Africa. In queste condizioni una mano dai batteri faceva comodo! Anche a questi ultimi la protezione e il microclima delle foglie doveva sembrare un paradiso! Le piante in questione sono non a caso tipiche delle zone pansubtropicali, ma la distribuzione di quelle nodulate (con gli endosimbionti) è ristretta alle zone subtropicali di Africa ed Asia. Il fatto che queste piante si ritrovino prevalentemente nella savana dà sostegno all’ipotesi di un’origine della simbiosi per adattamento alle zone aride.

L’associazione è molto specifica: ciascuna specie è associata con un solo partner batterico. Come spiegare questa specificità d’ospite in mancanza di co-evoluzione? Forse l’antenato nodulato è stato inizialmente colonizzato da un ampio spettro di batteri endosimbionti e solo più recentemente si è avviato il processo di specializzazione. Alla fine, l’interazione si è ridotta ad un rapporto uno ad uno tra pianta e simbionte. Ad esempio, gli endosimbionti dei generi di piante analizzati nello studio non sono raggruppati in gruppi monofiletici, nonostante il fatto che le piante invece lo siano (oltre ad essere lontanamente imparentate)! Tuttavia, in pochi taxa terminali si osserva effettivamente una convergenza ospite-simbionte, con evidenze di co-speciazione in atto. Nella filogenesi spesso si nota anche come batteri dello stesso genere dei simbionti, ma provenienti dal suolo, si annidino all’interno di cladi di batteri dei noduli. Quindi l’ipotesi più probabile è quella di frequenti eventi di reinfezione di specie simbionti con batteri del suolo. Si nota inoltre una correlazione con simbionti che si ritrovano nell’intestino di alcuni insetti. Una trasmissione intergenerica ed interspecifica non è quindi così difficile da ipotizzare…

Le vie dei batteri e delle simbiosi sembrano davvero infinite!

Ilaria Panzeri

Riferimenti
Lemaire B., Vandamme P., Merckx V., Smets E. e Dessein S. Bacterial leaf simbiosi in Angiosperms: host specificità without co-speciation. PLoS one, 6(9): e24430 (2011).